Методи та система схрещування організмів та їх генетичні наслідки

Завдання сучасної селекції

Селекція (від лат. селекціо - вибір, добір) - наука про теоретичні основи і методи створення нових і поліпшення існуючих сортів рослин, порід тва­рин і штамів мікроорганізмів, пристосованих до сучасних вимог сільського господарства і промисловості.

Теоретичними основами селекції слугують результати генетичних до­сліджень і вчення про штучний добір.

Штучний добір — вибіркове допущення до розмноження тварин, рослин або інших організмів з метою виведення нових сортів та порід, які володіють бажаними якостями.

Породою тварин або сортом рослин називають сукупність особин од­ного виду з певними спадковими ознаками (особливостями будови, проце­сів життєдіяльності, продуктивності тощо), створену людиною внаслідок штучного добору.

Штам (від нім. штам - стовбур, родина) - це чиста культура (тобто на­щадки однієї клітини) мікроорганізмів. Від однієї материнської клітини внаслідок селекції можливо отримати різні штами, які відрізняються за продуктивністю, чутливістю до антибіотиків тощо.

Завдання сучасної селекції - це підвищення продуктивності існуючих, а також виведення нових, продуктивніших, сортів культурних рослин, порід свійських тварин, штамів мікроорганізмів, пристосованих до умов сучасного автоматизованого сільського господарства та промисловості. Селекція бере участь у вирішенні основного завдання сільського господарства - забезпеченні максимального виробництва харчових продуктів за мінімальних затрат. Над вирішенням цих завдань у нашій країні працюють різноманітні науково-практичні центри.

Визначаючи завдання селекції, видатний російський селекціонер М.І.Вавилов наголошував на тому, що для поліпшення якостей існуючих і створення нових порід і сортів необхідно вивчати і враховувати:

різноманіття вихідного матеріалу,

спадкову мінливість організмів,

роль середовища у формуванні фенотипу,

закономірності успадкування при гібридизації та визначити форми штучного добору, які застосовуватимуться у селекційній роботі.

 

Генетичні основи селекції

В основі селекції лежать спадкова мінливість організмів та штучний добір.

У процесі розвитку цивілізації людство часто вдавалося до селекції, не маючи підґрунтя у вигляді необхідних теоретичних знань. Наприклад, для висаджування відбиралося лише найкраще насіння. Таким чином людина несвідомо покращувала корисні характеристики важливих для господарства організмів.

Сорти, породи і штами не здатні до ефективного існування в дикій природі, їх підтримує людина. При втраті такої підтримки ці штучні популяції можуть втрачати свої корисні властивості.

Цікавий факт

Унаслідок спорідненого схрещування з кожним наступним поколінням підвищується гомозиготність гібридів. Це пояснюється тим, що генетична близькість батьків збільшує ймовірність поєднання у потомках одних і тих самих алелів різноманітних генів пропорційно до ступеня спорідненості.
У самозапильних рослин уже у 10-му поколінні спостерігається майже повна гомозиготність (до 99,9 %), а при схрещуванні братів із сестрами чи батьків із нащадками такий результат може бути досягнений після 20-го покоління. Проте досягнути 100%-ї гомозиготності за всіма генами не вдається, бо вона порушується внаслідок мутацій, що постійно виникають.

Наслідки спорідненого схрещування були відомі людині ще з давніх часів. Наприклад, близько 20 % людей-альбіносів є нащадками від споріднених шлюбів. Відомо, що в людини є декілька рецесивних летальних алелів, здатних у гомозиготному стані спричинити смерть. Тому шлюби між близькими родичами вважалися небажаними або взагалі заборонялися релігією чи законами.

 

Методи та система схрещування організмів та їх генетичні наслідки

 

Штучний добір — історично перший метод селекції. Він полягає у відборі особин, що володіють потрібними людині властивостями і подальшому розмноженні цих особин. Таким чином з покоління в покоління корисні властивості проявляються яскравіше і вдосконалюються.

На початку розвитку людства селекція відбувалася в основному у формі несвідомого добору. Сучасна селекція оперує методичним добором — селекцією організмів з метою отримання заздалегідь запланованого результату.

Існує декілька форм штучного добору. Масовий добір — процес відбирання цілих груп організмів з потрібними властивостями. Основним недоліком цього методу є неможливість виключення впливу модифікаційної мінливості на формування ознак фенотипу. Окрім цього, подібні фенотипово особини можуть суттєво різнитися між собою за генотипом. Це дозволяє швидко вивести породу або сорт за рахунок високої кількості гетерозигот у потомстві від ряду перших схрещувань. Генетична різноманітність особин при масовому доборі залишається доволі високою.

При індивідуальному доборі здійснюється відбір не цілих груп, а конкретних особин з потрібною ознакою. Це дозволяє виключити вплив модифікаційної мінливості. Аналізуючи потомство кожної особини окремо, можна з більшою точністю визначити, є певна ознака результатом реалізації генотипу чи на її формування вплинули умови, не пов’язані із спадковістю. Індивідуальний добір застосовують для отримання чистих ліній організмів.

Гібридизація – процес одержання гібридів, який грунтується на об’єднанні генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Гібриди утворюються в результаті статевого процесу або з’єднання нестатевих клітин. Гібридизація можлива як у межах одного виду (внутрішньовидова), так і між особинами різних видів (міжвидова або віддалена).

Внутрішньовидове схрещування буває спорідненим і неспорідненим.

Споріднене схрещування, або інбридинг (від англ. ін – в, усередині та бридінг – розведення) – це схрещування організмів, що мають безпосередніх спільних предків. Залежно від ступеня спорідненості інбридинг може бути більш або менш тісним. Найтісніші форми спорідненого схрещування спостерігаються серед самозапилених рослин і самозаплідних гермафродитних тварин. У організмів з перехресним заплідненням тісний інбридинг відбувається при схрещуванні братів і сестер, батьків та їхніх нащадків тощо.

Унаслідок спорідненого схрещування з кожним наступним поколіннім підвищується гомозиготність гібридів. У селекції споріднене схрещування застосовують для отримання чистих

ліній. Інбридинг дає можливість дістати цінні ознаки в гомозиготному стані і закріпити їх серед нащадків.

Неспоріднене схрещування, або аутбридинг (від англ. аут – поза) – гібридизація організмів, які не мають тісних родинних зв’язків, тобто представників різних ліній, сортів чи порід одного виду. Неспорідненими вважають особин, у яких немає спільних предків принаймні протягом попередніх шести поколінь. Неспоріднене схрещування застосовують для поєднання у потомстві цінних властивостей, притаманних різним лініям, породам чи сортам. За своїми генетичними наслідками воно прямо протилежне інбридингу. При неспорідненому схрещуванні з кожним наступним поколінням підвищується гетерозиготність нащадків. Це пояснюється тим, що із зменшенням ступеня порідненості організмів зростає ймовірність наявності в них різних алелей певних генів.

У разі неспорідненого схрещування часто спостерігається явище гетерозису, або “гібридної сили”. Гетерозис (від грец. гетерозис – зміна, перевтілення) – це явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими формами. Це пояснюється тим, що у гетерозисних форм сублетальні та летальні рецесивні алелі переходять гетерозиготний стан, завдяки чому їхня шкідлива дія не проявляється фенотипно. За даними біохімічних досліджень у гетерозисних форм часто спостерігається ширший набір ферментів та їхня підвищена активність порівняно з батьківськими організмами.

Гетерозис повною мірою проявляється в першому поколінні гібридів, однак у наступних, унаслідок розщеплення ознак та переходу частини генів у гомозиготний стан, його ефект слабшає і до восьмого покоління сходить нанівець. У рослин гетерозис можна закріпити вегетативним розмноженням.

Перспективним методом селекційної роботи є віддалена гібридизація – схрещування особин, які належать до різних видів і навіть родів з метою поєднання у гібридів цінних спадкових ознак представників різних видів. За допомогою віддаленої гібридизації створено гібриди пшениці та пирію, що відзначають високою продуктивністю (до 300-450 ц/га зеленої маси) та

стійкістю до полягання; пшениці з житом; китайської цукрової тростини з дикими видами, що сприяло підвищенню цукристості. Відомі міжвидові гібриди і серед плодових культур (малини та ожини, сливи й терену, горобини та сибірського глоду тощо).

У тваринництві також виведено значну кількість міжвидових гібридів. Добре відомий гібрид кобили та осла – мул, який відрізняється значною витривалістю, фізичною силою та довшим терміном життя порівняно з батьківськими формами.

Щоправда, селекціонери часто стикаються з проблемою безпліддя міжвидових гібридів, гамети яких звичайно не дозрівають. Навіть за умов однакової кількості хромосом у каріотипах батьківських форм хромосоми різних видів різняться за структурою і тому нездатні до кон’югації. Особливо ускладнюється хід мейозу за умов різного числа хромосом у каріотипах батьків.

Якщо безплідність у міжвидових рослинних гібридів ще можна подолати, то у тварин вирішити цю проблему значно складніше. Лише в деяких випадках у міжвидових гібридів тварин одна чи обидві статі виявляються плідними. Так, у гібрида яка і великої рогатої худоби самці безплідні, тоді як самки – плідні, а мули взагалі нездатні до розмноження.

Якщо у рослинні міжвидові гібриди можна розмножувати вегетативно, то у хребетних тварин, як вам відомо, вегетативне розмноження неможливе. Розмножують складні міжвидові гібриди за допомогою методів клітинної інженерії. Зокрема, новий організм вирощують з окремих гібридних

соматичних клітин. Цей метод дістав назву клонування.

 

ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ:

1. Що таке селекція?

2. Які завдання сучасної селекції?
3. Що таке порода тварин, сорт рослин, штам мікроорганізмів?

4. Що таке штучний добір?

5. В яких формах проводять штучний добір?
6. Що таке гібридизація? Які організми називають гібридами?
7. Що таке споріднене схрещування і які його наслідки?

8. Що таке неспоріднене схрещування і які його наслідки?
9. Які причини гетерозису? Для чого його застосовують у селекційній роботі?
10. Що таке віддалена гібридизація?